Radial syntese bryder ny vej for kemisk forskning og produktion

I fremtiden, flaskehalse i udbuddet af medicin kunne lettere fjernes. En automatiseret maskine til radial syntese udviklet af kemikere ved Max Planck Institute of Colloids and Interfaces vil muliggøre fleksibel produktion af medicinske midler og andre kemiske produkter. Apparatet kan hurtigt omprogrammeres til syntese af forskellige stoffer – selv komplekse stoffer – uden at skulle modificeres. Det kan kombinere syntesetrin, der tidligere krævede flere enheder. Enheden kan også producere materialerne eksternt. Den nye teknologi letter også databaserede udviklinger inden for kemi og kan dermed accelerere søgen efter nye kemiske produkter og reaktionsprocesser.

Kemisk produktion er præcisionsarbejde. Uanset om det er medicinske midler eller andre kemiske produkter, kemikere skal altid individuelt designe fremstillingsprocesserne. De skal også designe de tilsvarende systemer specifikt for hvert produkt. Dette kunne i høj grad lettes med den automatiske maskine til radial syntese - i det mindste hvis et stof ikke er nødvendigt i store mængder. "Med radial syntese, vi skaber et paradigmeskifte inden for kemi, " siger Peter Seeberger. Et team fra Director's Department ved Max Planck Institute of Colloids and Interfaces hjalp med at udvikle den nye tilgang til kemisk syntese.

Fleksibel adgang til stoffer

På den ene side, syntesemaskinen gør det muligt at forsyne mennesker på svært tilgængelige steder eller i områder uden kemisk industri med medicinske midler eller andre stoffer efter behov, hvis de ikke kan opbevares eller transporteres dertil. Dette kan være nyttigt under uventet mangel på aktive medicinske midler og give mennesker i udviklingslande fleksibel adgang til stoffer, især når behovet ikke kan forudses. "Den eneste flaskehals, der kunne være i tilgængeligheden af ​​basiskemikalier, " siger Seeberger. "Men med råvarerne ved hånden, det er en kæmpe mulighed."

På den anden side, den fleksible syntesemaskine åbner helt nye perspektiver for kemisk forskning. Trods alt, Især medicinske midler har ofte en kompliceret struktur. Mindre forskelle kan have store effekter. I jagten på det bedste stof, kemikere syntetiserer normalt mange forskellige molekyler med små variationer. Indtil nu, de har ofte været nødt til at ændre (eller i det mindste genopbygge) deres udstyr. Dette medfører tidskrævende manuelt arbejde. Det gælder også udviklingen af ​​de optimale reaktionsveje, når først det mest effektive molekyle er fundet.

Kemi baseret på modellen for internettjenester

"Med radial syntese, vi kan stort set eliminere manuelt arbejde fra kemi, " siger Seeberger. Hvis han har sin vilje, kemi vil snart blive drevet som internettjenester:"Du sidder måske foran din computer, men serveren, som en applikation kører på, er et andet sted i verden, " siger Seeberger. På samme måde, kemikere kan muligvis fjernstyre deres eksperimenter. "Dette vil give os mulighed for at teste mange flere stoffer og reaktioner, " siger Seeberger. "På denne måde, vi kan indsamle meget mere – og meget mere pålidelige – data." på tur, kunne hjælpe med big-data-analyse i kemi. "Og i sidste ende, selv en kunstig intelligens, der har udviklet kemisk kompetence gennem træning med de enorme mængder data, kunne overtage søgningen efter potentielle nye stoffer til en ønsket anvendelse eller effektive reaktionsveje, " siger Seeberger. Kemikere ville så kunne bruge deres energi på opgaver, som de ikke kan trække på erfaring til, og som derfor ikke kan løses ved hjælp af datadrevne metoder.

Det eksperimentelle omfang tilvejebringes af radial syntese, fordi det kombinerer to fundamentalt forskellige procesteknikker:cyklisk og lineær. Cyklisk syntese er den foretrukne metode, når kemikere ønsker at producere biopolymerer såsom proteiner, kulhydrater, eller DNA-strenge. Derved, de kører et molekyle i en cyklus gennem en reaktionsbeholder, hvor den samme kemiske reaktionstype finder sted igen og igen, så molekylet gradvist vokser til en kæde. Forskellige elementer kan også kobles til kæden i de enkelte cyklusser. I lineær syntese, på den anden side, et molekyle passerer gennem flere stationer, hvor forskellige reaktioner finder sted i forskellige apparater eller i hvert fald i forskellige dele af et apparat.

Industri

Potsdam-forskerne kombinerer nu de to teknikker ved at arrangere flere reaktorer til cykliske synteser i en cirkel omkring en slags drejeskive. Dette gør dem i stand til at fjerntransportere mellemprodukter fra en cyklisk reaktor til en anden og kombinere dem med lineære procestrin. "Vi kan fleksibelt kombinere forskellige reaktioner - selv hurtige og langsomme, " siger Seeberger. Kemiske omdannelser, der finder sted ved forskellige hastigheder, kan ikke udføres effektivt i konventionelle lineære kemiske anlæg, fordi reaktionsblandingen strømmer gennem dem med konstant hastighed.

Potsdam-forskerne vil nu yderligere teste alsidigheden af ​​radial syntese. De har allerede registreret teknologien som et patent, og de første industrivirksomheder har allerede udtrykt interesse. Det skyldes, at den nye syntesemaskine kan hjælpe dem til drastisk at accelerere forskningen i nye produkter og deres udvikling. Dette ville ikke kun spare omkostninger, men kunne også føre til mere innovation.